Представлены 22 мнемосхемы из 85.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
Описание объекта .
Полное наименование системы: «Тренажер-симулятор парогазовой установки 410 МВт (1 газовая турбина Siemens SGT5-4000F, 1 паровая турбина SST5-3000, котел-утилизатор Еп-270/316/46-12,5/3,06/0,46 —560 /560 /237, турбогенератор SGen5-2000H.
Условное обозначение:
Год выпуска: 2015.
Тренажер-симулятор парогазовой установки 410 МВт моделирует работу основного и вспомогательного оборудования ПГУ-410 МВт, алгоритмов управления и защиты, имитирует управление с операторских станций, является средством обучения, предэкзаменационной подготовки и экзаменационного тестирования оперативного персонала ТЭЦ.
Для повышения уровня профессионализма и дальнейшей аттестации данный тренажер предполагает обучение, тренировку и тестирование персонала по следующим специальностям:
- заместитель главного инженера по эксплуатации;
- старший начальник смены электростанции;
- начальник смены электростанции;
- начальник смены;
- старший машинист;
- машинист энергоблока;
- машинист-обходчик;
- машинист – обходчик по вспомогательному оборудованию;
- дежурный электромонтер.
В состав объекта-прототипа тренажера ПГУ-410 входят:
- одна газовая турбина Siemens SGT5-4000F, одна паровая турбина SST5-3000, котел-утилизатор Еп-270/316/46-12,5/3,06/0,46 —560 /560 /237, турбогенератор SGen5-2000H, вспомогательное оборудование энергоблока;
- удалённые объекты, управление которыми производится с БЩУ, в том числе: циркнасосная станция (ЦНС), береговая насосная станция (БНС), башенная градирня с естественной циркуляцией, блочный пункт подготовки газа (БППГ);
- автоматизированная система управления и контроля SPPA-T3000(Siemens).
Краткое описание объекта-прототипа.
Энергоблок ПГУ-410 МВт представляет собой одновальный силовой модуль с газовой турбиной SGT5-4000F(4), турбогенератором SGen5-2000H и паротурбинной установкой SST5-3000 фирмы «Siemens». Жёсткая связка роторов газовая турбина — генератор в данной установке соединяется с валопроводом паровой турбины с помощью синхронной самосцепляющейся муфты релейного типа. Выхлопные газы ГТ направляются в котёл – утилизатор.
Газовая турбина с кольцевой камерой сгорания и повышенной температурой на входе в турбину работает на природном газе. Номинальная мощность – 281МВт, частота вращения – 50с -1 . Ротор ГТ соединён с ротором генератора жёсткой муфтой через промежуточный вал.
Паротурбинная установка SST5-3000, входящая в состав силового модуля энергоблока включает в себя паровую турбину, конденсатор и вспомогательные системы, обеспечивающие безаварийную, надежную и экономичную эксплуатацию паротурбинной установки во всех эксплуатационных режимах.
Турбина разработана для работы в трехконтурной (три давления) схеме ПГУ в составе одновальной силовой установки, и предназначена для привода генератора переменного тока с частотой вращения 3000 об/мин.
Данная паровая турбина – конденсационная, с двумя цилиндрами (ЦВД и ЦСД/ЦНД) с промежуточным перегревом, аксиальным потоком отработавшего пара для комбинированного цикла с тройным давлением.
Барабанный котел-утилизатор Еп-270/316/46-12,5/3,06/0,46 —560 /560 /237, горизонтального профиля с вертикальным расположением труб поверхностей нагрева, газоплотный, 3-х давлений (высокое, среднее и низкое давление) с естественной циркуляцией, с собственным несущим каркасом, предназначен для получения перегретого пара трех давлений: высокого (ВД), среднего (СД), низкого (НД) и подогрева конденсата за счет использования тепла горячих выхлопных газов ГТУ в составе блока ПГУ — 410. Циркуляция в котле обеспечивается за счет естественных сил, вызывающих подъемное движение пароводяной смеси в испарительных поверхностях нагрева.
Состав тренажера:
- Операторский интерфейс реальной системы управления SPPA Т-3000 блока №1 Няганской ГРЭС (85 мнемосхем).
- Математическая интегральная модель газовой турбины SGT5-4000F.
- Математическая интегральная модель паровой турбины SST5-3000.
- Математическая интегральная модель котла-утилизатора Еп-270/316/46-12,5/3,06/0,46-560 /560/237.
- Математическая интегральная модель генератора SGen5-2000H.
- Модель реальной АСУ ТП блока (защит, блокировок, сигнализаций, автоматики, пошаговых программ).
- Развитая конфигурация сети (подключение любого количества компьютеров).
- Пульт инструктора.
- Контролирующая программа, позволяющая фиксировать неправильные действия оператора энергообъекта (несоответствие логике и смыслу правил технической эксплуатации).
- Комплект нештатных ситуаций (задание с помощью специальной таблицы вводных).
- Комплект автоматизированных сценариев тренировок с оценкой выполнения задания.
- Возможность построения любых диспетчерских графиков и работа по этим графикам.
- Сохранение режимов и запуск тренажера из любого сохраненного состояния.
- Протоколирование: действий оператора, ошибок, сигнализаций, защит, блокировок.
- Контроль ТЭП, графопостроение для всех параметров, состояния механизмов и арматуры.
- Система поддержки оператора.
- Ускорение и замедление процессов, замораживание ситуаций, возврат ситуаций.
- Эксплуатационная документация, в том числе описание тренажера, справочные материалы, задания, пошаговые инструкции и т.д.
- Оптимизация программного обеспечения (с применением современных информационных технологий и современных методов моделирования) с возможностью установки тренажера как на одном компьютере, а так и на любом количестве компьютеров.
Математическое описание тренажера.
Математическая модель теплогидравлической части объекта состоит из дифференциальных уравнений, основанных на рассмотрении физической природы процессов, то есть стандартных балансовых уравнений, а количественные зависимости и направленность процессов определяются законами термодинамики, гидродинамики, аэродинамики и т.д. Зависимости между параметрами связей однозначно и единообразно описываются уравнениями энергетического, расходного и гидравлического балансов в элементах оборудования, а также уравнениями изменения энтальпии каждого из видов теплоносителя.
В состав тренажёра входят математические модели генератора, системы возбуждения, электрической цепи, средств РЗА, трансформаторов, коммутационных аппаратов, электродвигателей и упрощённая модель энергосистемы при работе на длинную линию;
Модель генератора реализована на основе системы дифференциальных уравнений Парка-Горева и описывает работу генератора в синхронном, асинхронном и двигательном режимах с непрерывным переходом из одного режима в другой.
Модель электрической цепи основана на системе дифференциальных уравнений, выражающих законы Кирхгофа, и описывает динамику напряжения, токов и частоты во всех режимах, включая аварийные.
В состав математического описания тренажера входят следующие подсистемы:
- Газовая турбина:
- Природный газ к газовой турбине;
- Система подогрева воздуха КВОУ;
- Гидравлическая оптимизация зазора;
- Система газового топлива;
- Подача масла турбины;
- Система гидравлики;
- Чистка компрессора;
- Схема вентиляции кожуха;
- Система ВПУ;
- Система воздуха/подогрев воздух;
- Температура на выходе турбины;
- Частотное регулирование;
- Диаграмма мощности.
- Котел-утилизатор:
- Пар ВД;
- Пар НД;
- Барабан СД;
- Барабан ВД;
- Питательные насосы ПЭН ВД/СД;
- Барабан НД;
- Питательные насосы НД;
- Газовый подогреватель конденсата;
- Промперегреватель СД;
- Расширители периодической и непрерывной продувки;
- Тракт дымовых газов.
- Паровая турбина:
- Автоматический тестер турбины;
- Система сброса пара в конденсатор;
- Дренаж турбины, клапанов;
- Конденсатный тракт, КЭНы;
- БРОУ СД/НД;
- Подача масла турбины;
- Система управляющей жидкости;
- Обзор ПТ;
- Пуск турбины и температуры.
- Общеблочное оборудование:
- БППГ;
- Дренажи машзала;
- Замкнутый контур охлаждающей воды;
- Береговая насосная станция;
- Камера арматуры циркводы у главного корпуса и камера арматуры продувки;
- Камера переключений ЦНС;
- Машзал ЦНС;
- Камера арматуры добавочной воды;
- Обессоленная вода в конденсатор;
- Башенная градирня с естественной тягой воздуха;
- Камера арматуры напорных водоводов градирен;
- Система водораспределения градирни.
- Защиты:
- защиты ГТ;
- защиты КУ на останов;
- защиты КУ локальные;
- защиты ПЭН ВД/СД;
- защиты ПТ;
- защиты ЦН;
- защиты БРОУ ВД;
- защиты общеблочные.
- Генератор:
- Охлаждение генератора;
- ТПУ/возбуждение;
- Поставка и разгрузка водорода;
- Уплотнительное масло;
- Вентиляция кожуха;
- Питание ВН;
- Питание НН.
- Сигнализация:
Состав моделируемых режимов.
В тренажере моделируются следующие режимы:
1. Пуск блока из любого теплового состояния.
2. Останов блока.
3. Работа блока в любом диапазоне нагрузок.
4. Включение и отключение теплофикационной установки.
5. Работа блока с различным составом оборудования.
6. Синхронизация и включение в сеть генераторов.
7. Работа блока с автоматическим и(или) ручным регулированием.
8. Реализованы пошаговые программы для оборудования блока:
8.1. Пошаговые программы котла-утилизатора:
- пошаговая программа пуска-останова КУ;
- пошаговая программа включения ГПК КУ;
- пошаговая программа включения контура НД КУ;
- пошаговая программа включения контура СД КУ;
- пошаговая программа включения контура ВД КУ;
- пошаговая программа программатора температуры пара ВД КУ;
- пошаговая программа включения, отключения ГПЗ НД;
- пошаговая программа включения, отключения ГПЗ ВД;
- пошаговая программа включения, отключения БРОУ ВД.
8.2. Пошаговые программы паровой турбины:
- пошаговая программа пуска-останова ПТУ;
- пошаговая программа управления вспомогательными системами ПТУ (подготовка ПТ);
- пошаговая программа подачи масла турбины;
- пошаговая программа «Реверс ПТ»;
- пошаговая программа подачи пара на уплотнения ПТ;
- пошаговая программа гидравлического масла ПТ;
- пошаговая программа включения дренажей СД и НД.
8.3. Пошаговые программы газовой турбины:
- пошаговая программа пуска-останова ГТ;
- пошаговая программа управления газовым топливом ГТ;
- пошаговая программа включения и отключения подогрева КВОУ;
- пошаговая программа управления подачей масла ГТ;
- пошаговая программа гидравлической оптимизации зазора (ГОЗ);
- пошаговая программа системы ВПУ ГТ.
9.Работа блока в нештатных режимах.
Состав базовых сценариев тренировок.
Каждое задание составлено на основе эксплуатационных инструкций, действующих на электростанции, и представляет собой одну из стандартных технологических операций. Тренажер снабжен стандартным набором заданий для тренировок, после выполнения которых автоматически выставляется оценка.
- Включение в работу систем охлаждения блока, ЗКО. Подготовка и включение в работу системы регулирования и защит ПТ-40.
- Пуск системы смазки.
- Пуск системы уплотнения вала генератора, включение ВПУ ГТ и ПТ.
- Подготовка и пуск вакуумно-конденсационной установки.
- Пуск ПДУ.
- Подготовка и заполнение котла-утилизатора.
- Пуск газового хозяйства энергоблока.
- Пуск комплексного воздухоподготовительного устройства.
- Подготовка к пуску ГТ.
- Подготовка к пуску ПТ.
- Пуск ГТ.
- Нагружение ГТ.
- Пуск ПТ.
- Нагружение блока до 410 МВт.
- Пуск блока из холодного состояния.
- Пуск блока из неостывшего состояния; Тмет ЦВД от 300°С до 380°С.
- Пуск блока из неостывшего состояния; Тмет ЦВД от 390°С до 440°С.
- Пуск блока из неостывшего состояния; Тмет ЦВД выше 450°С.
Состав нештатных ситуаций.
В тренажер включен стандартный набор нештатных ситуаций, служащих для подготовки оперативного персонала к парирующим действиям в таких ситуациях. С помощью таблиц вводных задаются отказы в работе технологического оборудования, арматуры, систем автоматики, электрооборудования.
Имеется функция задержки по времени на ввод любой из ситуаций в действие. Задержка указывается в правом нижнем углу поля каждой аварийной вводной.
1. Отказы в работе.
1.1. Отказы в работе арматуры:
- полная потеря управления объектом.
1.2. Отказы в работе механизмов:
- несанкционированное отключение;
- несанкционированное включение (невозможность действия защит, автоматики, управления).
1.3. Регулирующие клапаны:
- самопроизвольное открытие без возможности управления;
- самопроизвольное закрытие без возможности управления;
- самопроизвольное зависание без возможности управления;
- отказ команды на закрытие в ручном режиме;
- отказ команды на открытие в ручном режиме;
- полная потеря управления объектом;
- отказ в работе автоматики: полное открытие;
- отказ в работе автоматики: полное закрытие;
- отказ в работе автоматики: зависание.
1.4. Отказ в работе любой защиты.
2. Нештатные ситуации в работе тепломеханического оборудования:
2.1. Засорение фильтров:
- ПЭН ВД/СД;
- ПЭН НД;
- фильтров КЭН-А, Б;
- фильтров КЭН БОУ-А, Б;
- фильтров системы смазки А, Б ГТ;
- фильтров системы регулирования А, Б, за охладителем ГТ;
- фильтров гидроподъема А,Б;
- фильтров системы регулирования А,Б, за охладителем ПТ;
- фильтров А,Б на выходе из деаэратора.
2.2. Разрывы труб:
- ЭВД-2;
- ППВД-3;
- ППСД-2;
- ППНД-2;
- ППП-3.
2.3. Заедание стопорных клапанов:
- СК ЦВД;
- СК ЦСД;
- СК ЦНД.
2.4. Самопроизвольная посадка стопорных клапанов:
- СК ЦВД;
- СК ЦСД;
- СК ЦНД.
2.4. Обрыв штоков клапанов турбины:
- РК ЦВД;
- РК ЦСД;
- РК ЦНД.
2.5. Самопроизвольная посадка РК:
- РК ЦВД;
- РК ЦСД;
- РК ЦНД.
2.6. Повышение ускорения в камере сгорания.
- до 1 предела;
- до 2 предела;
- до 3 предела;
- до аварийного предела.
2.7. Неисправность МНС А,Б, АМНС.
3. Нештатные ситуации в работе электротехнического оборудования:
3.1. Увеличение частоты в сети.
3.2. Уменьшение частоты в сети.
Технические требования
Для функционирования тренажера необходимы:
процессор c частотой не мене 2ГГц;
оперативная память емкостью не менее 4Гб;
свободная дисковая память емкостью не менее 2 Гб;
видеокарта с внутренней памятью не менее 128 Мб;
монитор с разрешением не менее 1920×1080 (рекомендуемое разрешение 1920×1200), для удобства возможно использование нескольких мониторов;
звуковая карта и колонки;
клавиатура, мышь;
сетевая карта 100Мбит (для сетевого варианта Тренажера);
В случае, если требуется печать выходных документов (протоколов, графиков и т.п.), подключите к компьютеру принтер;
Тренажер предназначен для работы в среде Microsoft Windows 10/8/7/Vista/XP. Для работы Тренажера необходимо установить сервер баз данных MySQL.
Парогазовыми называются энергетические установки, в которых теплота уходящих газов ГТУ прямо или косвенно используется для выработки электроэнергии в паротурбинном цикле. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД.
Принципиальная схема парогазовой установки (из лекции Фоминой).
ГТ ЭГ пар
компрессор Котёл утилизатор К
воздух ЭГ
питательная вода
КС – камера сгорания
ГТ – газовая турбина
К – конденсационная паровая турбина
ЭГ – электрогенератор
Парогазовая установка состоит из двух отдельныхустановок: паросиловой и газотурбинной.
В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтянойпромышленности (мазут, солярка). На одном валу с турбиной находится первый генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из газотурбины все ещё имеют высокую температуру. С выхода из газотурбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500 градусов по Цельсию позволяет получать перегретый пар при давлении около 100атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.
Перспективы развития ПГУ (из учебника Аметистова).
1. Парогазовая установка - самый экономичный двигатель, используемый для получения электроэнергии. Одноконтурная ПГУ с ГТУ, имеющей начальную температуру примерно 1000 °С, может иметь абсолютный КПД около 42 %, что составит 63 % от теоретического КПД ПГУ. Коэффициент полезного действия трехконтурной ПГУ с промежуточным перегревом пара, в которой температура газов перед газовой турбиной находится на уровне 1450 °С, уже сегодня достигает 60 %, что составляет 82 % от теоретически возможного уровня. Нет сомнений в том, что КПД можно увеличить еще больше.
2. Парогазовая установка - самый экологически чистый двигатель. В первую очередь это объясняется высоким КПД - ведь вся та теплота, содержащаяся в топливе, которую не удалось преобразовать в электроэнергию, выбрасывается в окружающую среду и происходит ее тепловое загрязнение. Поэтому уменьшение тепловых выбросов от ПГУ по сравнению с паросиловой будет ровно в той степени, на сколько меньше расход топлива на производство электроэнергии.
3. Парогазовая установка - очень маневренный двигатель, с которым в маневренности может сравниться только автономная ГТУ.
4. При одинаковой мощности паросиловой и парогазовой ТЭС потребление охлаждающей воды ПГУ примерно втрое меньше.
5. ПГУ имеет умеренную стоимость установленной единицы мощности, что связано с меньшим объемом строительной части, с отсутствием сложного энергетического котла, дорогой дымовой трубы, системы регенеративного подогрева питательной воды, использованием более простых паровой турбины и системы технического водоснабжения.
6. ПГУ имеют существенно меньший строительный цикл. ПГУ, особенно одновальные, можно вводить поэтапно. Это упрощает проблему инвестиций.
Парогазовые установки практически не имеют недостатков, скорее следует говорить об определенных ограничениях и требованиях к оборудованию и топливу. Установки, о которых идет речь, требуют использования природного газа. Для России, где доля используемого для энергетики относительно недорого газа превышает 60 % и половина его используется по экологическим соображениям на ТЭЦ, имеются все возможности для сооружения ПГУ.
Все это говорит о том, что строительство ПГУ является преобладающей тенденцией в современной теплоэнергетике.
КПД ПГУ утилизационного типа:
ηПГУ = ηГТУ + (1- ηГТУ)*ηКУ*ηПТУ
ПТУ - паротурбинная установка
КУ – котёл-утилизатор
В общем случае КПД ПГУ:
Здесь - Qгту количество теплоты, подведенной к рабочему телу ГТУ;
Qпсу - количество теплоты, подведенной к паровой среде в котле.
1. Принципиальные тепловые схемы отпуска пара и тепла с ТЭЦ. Коэффициент теплофикации α ТЭЦ. Способы покрытия пиковой тепловой нагрузки на ТЭЦ,
ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) - предназначены для централизованного снабжения потребителей теплом и электроэнергией. Их отличие от КЭС в том, что они используют тепло отработавшего в турбинах пара для нужд производства, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Из-за такого совмещения выработки электроэнергии и тепла достигается значительная экономия топлива в сравнении с раздельным энергоснабжением (выработкой электроэнергии на КЭС и тепловой энергии на местных котельных). Благодаря такому способу комбинированного производства, на ТЭЦ достигается достаточно высокий КПД, доходящий до 70%. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в районах и городах с высоким потреблением тепла. Максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС.
ТЭЦ привязаны к потребителям, т.к. радиус передачи теплоты (пара, горячей воды) составляет приблизительно 15 км. Загородные ТЭЦ передают горячую воду при более высокой начальной температуре на расстояние до 30 км. Пар для производственных нужд давлением 0.8-1.6 МПа может быть передан на расстояние не более 2-3 км. При средней плотности тепловой нагрузки мощность ТЭЦ обычно не превышает 300-500 МВт. Только в крупных городах, таких как Москва или Санкт-Петербург с большой плотностью тепловой нагрузки имеет смысл строить станции мощностью до 1000-1500 МВт.
Мощность ТЭЦ и тип турбогенератора выбирают в соответствии с потребностями в тепле и параметрами пара, используемого в производственных процессах и для отопления. Наибольшее применение получили турбины с одним и двумя регулируемыми отборами пара и конденсаторами (см. рис). Регулируемые отборы позволяют регулировать выработку тепла и электроэнергии.
Режим ТЭЦ - суточный и сезонный - определяется в основном потреблением тепла. Станция работает наиболее экономично, если ее электрическая мощность соответствует отпуску тепла. При этом в конденсаторы поступает минимальное количество пара. Зимой, когда спрос на тепло максимален, при расчетной температуре воздуха в часы работы промпредприятий нагрузка генераторов ТЭЦ близка к номинальной. В периоды, когда потребление тепла мало, например летом, а также зимой при температуре воздуха выше расчетной и в ночные часы электрическая мощность ТЭЦ, соответствующая потреблению тепла, уменьшается. Если энергосистема нуждается в электрической мощности, ТЭЦ должна перейти в смешанный режим, при котором увеличивается поступление пара в части низкого давления турбин и в конденсаторы. Экономичность электростанции при этом снижается.
Максимальная выработка электроэнергии теплофикационными станциями "на тепловом потреблении" возможна только при совместной работе с мощными КЭС и ГЭС, принимающими на себя значительную часть нагрузки в часы снижения потребления тепла.
сравнительный анализ способов регулирования тепловой нагрузки.
Качественное регулирование.
Преимущество: стабильный гидравлический режим тепловых сетей.
Недостатки:
■ низкая надежность источников пиковой тепловой мощности;
■ необходимость применения дорогостоящих методов обработки подпиточной воды теплосети при высоких температурах теплоносителя;
■ повышенный температурный график для компенсации отбора воды на ГВС и связанное с этим снижение выработки электроэнергии на тепловом потреблении;
■ большое транспортное запаздывание (тепловая инерционность) регулирования тепловой нагрузки системы теплоснабжения;
■ высокая интенсивность коррозии трубопроводов из-за работы системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с температурами теплоносителя 60-85 ОС;
■ колебания температуры внутреннего воздуха, обусловленные влиянием нагрузки ГВС на работу систем отопления и различным соотношением нагрузок ГВС и отопления у абонентов;
■ снижение качества теплоснабжения при регулировании температуры теплоносителя по средней за несколько часов температуре наружного воздуха, что приводит к колебаниям температуры внутреннего воздуха;
■ при переменной температуре сетевой воды существенно осложняется эксплуатация компенсаторов.